Руби́дий (лат.Rubidium), обозначается символом Rb — элемент первой группы, пятого периода периодической системы химических элементов с атомным номером 37. Как простое вещество представляет собой щелочной металл серебристо-белого цвета, мягкий и легкоплавкий, активнее натрия и близкий по активности к калию. На внешнем уровне атом рубидия имеет один электрон, который он легко отдаёт, превращаясь в положительно заряженный катион Rb+. Очень быстро окисляется на воздухе и очень легко вступает в химические реакции, особенно с водой, образуя щёлочь. Металлический рубидий имеет сходство с металлическим калием и цезием по внешнему виду, мягкости и проводимости. Рубидий нельзя хранить на открытом воздухе, так как будет происходить реакция с выделением большого количества теплоты, иногда даже приводящая к воспламенению металла. Рубидий является первым щелочным металлом в группе, плотность которого выше, чем у воды.
В 1861 году немецкие учёные Роберт Вильгельм Бунзен и Густав Роберт Кирхгоф, изучая с помощью спектрального анализа природные алюмосиликаты, обнаружили в них новый элемент, впоследствии названный рубидием по цвету преобладающей линии спектра. Название, которое происходит от латинского слова rubidus, что означает «насыщенно красный». До 1920-х годов рубидий имел минимальную промышленную ценность. Позднее стал применяться в исследованиях и разработках, главным образом, в области химии и электроники.
Рубидий в афоризмах и кратких определениях[править]
К одному из таких открытий и достижений экстремальной химии следует отнести синтез металлического водорода <...>. Фактически водород начинает вести себя как расплав цезия и рубидия.[4]
Рубидий в научной и научно-популярной литературе[править]
...Я применил к рубидию способ, к которому я пришёл по чисто теоретическим соображениям много лет тому назад (1859), а именно действие алюминия <глиния> на гидрат... По моим соображениям рубидий должен был также легко выделяться алюминием; это оправдалось на деле, и я уже несколько раз приготовлял таким образом сравнительно большие количества металла — от 31 до 27 г. за раз. Реакция производится в железном цилиндре с железной же газопроводною трубкою, которая соединена со стеклянным резервуаром. Цилиндр в стоячем положении нагревался в газовой печи до яркокрасного каления; реакция идет сначала быстро с большим отделением газа, но затем замедляется и рубидий гонится постепенно, стекая, как ртуть, и сохраняя даже свой металлический блеск вследствие того, что весь снаряд во время операции наполнен водородом.[5]
— Николай Бекетов, «О некоторых свойствах металлического рубидия», 1887
Промышленным способом приготовляют и другие цвета, как-то: красный, синий, фиолетовый, розовый; но там приготовление гораздо сложнее, и в смесь химически чистых солей металла с серой добавляют ничтожные примеси солей очень редких металлов вроде рубидия, лития и т. д. для получения желаемого цвета и оттенка; у нас же химически чистые соли будут сами давать ту или другую окраску (химически чистые соединения без примеси не дают светящихся веществ).[6]
В спектре саксонского минерала лепидолита и в спектре рассола, полученного при выпаривании дюркхеймской минеральной воды, он увидел спектральные линии, которые не совпадали с линиями знакомых химикам веществ. Бунзен понял, что и в лепидолите, и в дюркхеймской минеральной воде скрыты какие-то еще неизвестные вещества. И в самом деле, вскоре Бунзену удалось извлечь из минерала лепидолита новый металл, который он назвал рубидием, а из дюркхеймской воды другой новый металл, которому он дал имя цезий. Открытие рубидия и цезия было первой большой победой спектрального анализа.[2]
Выделяя соль цезия, Бунзен этим же способом обнаружил присутствие в тех же веществах еще одного неизвестного ранее щелочного металла, дающего красную линию в спектре. Хлористая соль этого металла была получена Бунзеном в следующем, 1861 году. Соответственно своему спектру этот новый металл был назван рубидием (от латинского слова rubidus ― «темно-красный»). Так блестяще подтвердилась на практике применимость спектрального анализа к изучению земных веществ, в частности к открытию новых, ранее неизвестных химических элементов. Вскоре за тем новые открытия в химии подтвердили еще раз могущество нового метода познания вещества. <...> Если Бунзен и Кирхгоф случайно наткнулись на цезий и рубидий, Крукс на таллий, а Рихтер и Рейх на индий, то можно считать некоторой закономерностью, что именно спектральный анализ позволяет раньше и точнее других способов исследования обнаруживать присутствие исключительно малых количеств летучих веществ, которые вследствие их редкости не могли быть до тех пор обнаружены обычными химическими способами.[7]
— Бонифатий Кедров, «Опыт методологического анализа научных открытий», 1960
С первого взгляда рубидий не производит особого впечатления. Правда, его демонстрируют не на черном бархате, а в запаянной и предварительно вакуумированной стеклянной ампуле. Своим внешним видом, блестящей серебристо-белой поверхностью этот редкий щелочной металл напоминает большинство других металлов. Однако, при более близком знакомстве выявляется ряд присущих ему необычайных, подчас уникальных, особенностей. Так, стоит лишь несколько минут подержать в руках ампулу с рубидием, как он превращается в полужидкую массу ― ведь температура плавления рубидия всего 39° C. Атомный вес рубидия ― средний между атомными весами меди и серебра, но его свойства резко отличны от свойств металлов — «соседей». Впрочем, этого следовало ожидать, если учесть местоположение рубидия в периодической системе. Прежде всего, он легок (уд. вес = 1,5) и плохо проводит электрический ток. Но самое примечательное ― это его исключительная химическая активность. В вакууме рубидий хранят не зря ― на воздухе он моментально воспламеняется. При этом образуются соединения с высоким содержанием кислорода ― перекиси и надперекиси рубидия. Не менее жадно (с воспламенением) соединяется он с хлором и другими галоидами, а с серой и фосфором ― даже со взрывом.[3]
При обычной температуре рубидий разлагает воду столь бурно, что выделяющийся водород тут же воспламеняется. При 300° C его пары разрушают стекло, вытесняя кремний. Известно, что многие металлы обладают фотоэлектрическими свойствами. Свет, попадающий на катоды, изготовленные из этих металлов, возбуждает в цепи электрический ток. Но если, в случае платины, например, для этого требуются лучи с очень малой длиной волны, то у рубидия, напротив, фотоэффект наступает под действием наиболее длинных волн видимого спектра ― красных. Это значит, что для возбуждения тока в рубидиевом фотоэлементе требуются меньшие затраты энергии.[3]
Известно лишь, что он <цезий> относится к числу редчайших химических элементов. Полагают, что его содержание в земной коре во всяком случае в несколько сот раз меньше, чем рубидия, и составляет примерно 0,00007%. Цезий встречается в крайне рассеянном состоянии (порядка тысячных долей процента) во многих горных породах; ничтожные количества этого металла ― около 10 цг/л ― найдены также в морской воде. В более значительных концентрациях (до нескольких десятых процента) он содержится в некоторых калиевых и литиевых минералах, главным образом в лепидолите. Но особенно существенно то, что, в отличие от рубидия и большинства других редких элементов, цезий образует собственные минералы ― поллуцит (или поллукс) и родицит.[8]
Из лепидолитов цезий извлекается вместе с рубидием попутно, как побочный продукт производства лития. Для этого лепидолиты предварительно сплавляют (или спекают) при температуре около 1000° C с гипсом или сульфатом калия и карбонатом бария. В этих условиях все щелочные металлы превращаются в легко растворимые соединения ― их сложно выщелачивать горячей водой. После выделения лития остается переработать полученные фильтраты, и здесь главная трудность ― в освобождении цезия от рубидия и громадного избытка калия.[8]
Разберемся по порядку. «Во главе» ряда активности металлов стоит не калий и не цезий, а литий, после которого следуют цезий, рубидий и калий. Впрочем, разница в активности трех последних металлов столь невелика, что некоторые исследователи расставляют их даже в ином порядке: то калий впереди, а то рубидий. А вот пятый щелочной металл, натрий, сильно отстает.[9]
Сжимаемость воды интересно сравнить с данными для других веществ, в том числе твердых. Близкой к воде сжимаемостью обладают металлический рубидий и цезий, а вот ртуть, например, сжимается в 10 раз труднее.[10]
— Илья Леенсон, «Почему лопнула бутылка с водой?», 1985
К одному из таких открытий и достижений экстремальной химии следует отнести синтез металлического водорода, когда в результате ударно-волнового сжатия молекул водорода у них происходит отрыв электрона от молекулы и формируются металлизированные состояния, которые обладают высокой проводимостью ― более 2000 Ом. Фактически водород начинает вести себя как расплав цезия и рубидия. Можно спорить, чей это результат ― физиков или химиков, но самое главное, что отрыв электрона и преобразование структуры ― это химические процессы.[4]
Рубидий в публицистике, мемуарах и художественной литературе[править]
В морской воде главную роль играют, конечно, кислород и водород, которые и образуют самое-то воду. Если она заключает в себе эти элементы в размере девяноста шести с половиной процентов своего веса, то хлора в ней всего два процента, натрия один и четырнадцать сотых процента, магния, серы, кальция, брома, рубидия ― сотые и тысячные доли процента, а, скажем, золота ― ничтожнейшие, миллионные доли процента. Но если помножить эти ничтожнейшие количества золота на миллиарды тонн воды Мирового океана, то в ней окажутся сотни миллионов тонн золота![11]
― Пр-роксима Центавр-р-ра! Р-рубидий! Р-рубидий! Потом он нахохлился, втянул голову и закрыл глаза пленкой. По-моему, он дрожал. Стелла быстро сотворила кусок хлеба с повидлом, отщипнула корочку и поднесла ему под клюв. Попугай не реагировал. Его явно лихорадило, и чашки весов, мелко трясясь, позвякивали о подставку. ― По-моему, он больной, ― сказал Дрозд. <...>
— Где покойник? — спросил Роман. — Вот с чего нужно начинать! Слушайте, детективы, где труп?
— Тр-руп! — рявкнул попугай. — Цер-ремония! Тр-руп за борт! Р-рубидий!
― Тр-руп за бор-рт! Р-рубидий!
― Чёрт знает что он говорит, ― сказал Роман с сердцем.
― Труп за борт ― это типично пиратское выражение, ― пояснил Эдик.
― А рубидий?
― Р-рубидий! Резер-рв! Огр-ромен! — сказал попугай.
— Резервы рубидия огромны, — перевел Эдик.
— Интересно, где?
Я наклонился и стал разглядывать колечко.
— А может быть, это все-таки не тот?
Витька подтащил стул, сел с диктофоном в руке напротив попугая, нахохлился, посмотрел на попугая одним глазом и гаркнул:
— Р-рубидий!
Попугай вздрогнул и чуть не свалился с весов. Помахав крыльями, чтобы восстановить равновесие, он отозвался:
— Р-резерв! Кр-ратер Ричи!
Мы переглянулись.
— Р-резерв! — гаркнул Витька.
— Огр-ромен! Гр-руды! Гр-руды! Р-ричи пр-рав! Р-ричи пр-рав! Р-роботы! Р-роботы!
— Роботы!
— Кр-рах! Гор-рят! Атмосфер-ра гор-рит! Пр-рочь! Др-рамба, пр-рочь!
— Драмба!
— Р-рубидий! Р-резерв!
— Рубидий!
— Р-резерв! Кр-ратер Р-ричи!
— Замыкание, — сказал Роман. — Круг. <...>
— В принципе можно было бы составить лексический словарь и проанализировать его на машине. Но кое-что ясно и так. Во-первых, он всех нас знает. Это уже удивительно. Это значит, что он много раз слышал наши имена. Во-вторых, он знает роботов. И про рубидий. Кстати, где употребляется рубидий?
— У нас в институте, — сказал Роман, он, во всяком случае, нигде не употребляется.
— Это что-то вроде натрия, — сказал Корнеев.
— Рубидий — ладно, сказал я. — Откуда он знает про лунные кратеры?
↑Ближняя ампула слегка золотистого оттенка — с цезием; дальняя, нейтрально-серебристая — с рубидием. На обеих ампулах отчётливо заметны результаты оплавления металлов (потёки по стеклу в верхнюю часть ампулы). Это происходит в результате несложного и очень яркого по своей наглядности «опыта», когда любой желающий может взять ампулу в руки и убедиться, что металл постепенно расплавляется, переходит в жидкое состояние и начинает течь от тепла его рук. Температура плавления цезия — чуть ниже 30°, а для рубидия температуры человеческого тела чуть-чуть недостаёт — 39,05°C
↑ 12М. П. Бронштейн «Солнечное вещество». — М.: Детиздат ЦК ВЛКСМ, 1936 г.
↑Бекетов Н. Н. О некоторых свойствах металлического рубидия. Протоколы заседания физико-химической секции общества опытных наук Харьковского университета. — 1887 г. — № 15
↑Е. В. Крюгер, «Светящиеся краски». — М.: «В мастерской природы», № 7, 1929 год
↑Б. М. Кедров «Опыт методологического анализа научных открытий». — М.: Вопросы философии, № 5, 1960 г.
↑ 12Ф. М. Перельман, Элемент № 55: цезий. ― М.: «Химия и жизнь», № 7, 1966 г.
↑Г. Вольеров, Беседы с абитуриентом. ― М.: «Химия и жизнь», № 1-3, 1970 г.
↑И. А. Леенсон. Почему лопнула бутылка с водой? — М.: «Химия и жизнь», № 11, 1985 г.
